變電站噪聲特性及降噪控制措施

邵宇鷹，張思平

（1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上海200122；2.上海神潔環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司，上海201100）

0 引言

隨著城市人民生活水平的不斷提高，城市用電量逐年增加，許多大容量變電站陸續(xù)建設(shè)在居住小區(qū)內(nèi)或建筑物中，因此變壓器噪聲問(wèn)題日益突顯。通過(guò)對(duì)上海地區(qū)66座不同等級(jí)變電站的現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)試發(fā)現(xiàn)，6座500kV變電站18臺(tái)主變?cè)肼曋翟?7.6～84.1dB（A），其中噪聲值為70.0～80.0dB（A）的主變占83.3%；220、110、35kV變電站的主變?cè)肼曋禐?0.0～75.0dB（A），分別占測(cè)試主變臺(tái)數(shù)的69.4%，78.8%和70.9%［1］。

這些數(shù)據(jù)表明，在上海地區(qū)變壓器噪聲問(wèn)題是比較嚴(yán)重的，很難達(dá)到GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》中，對(duì)居民區(qū)晝間噪聲值低于55dB（A）、夜間噪聲值低于45dB（A）的要求。由于變壓器噪聲不但污染環(huán)境，危害人類(lèi)健康，還會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，分析變配電設(shè)備產(chǎn)生噪聲的根源，采取相應(yīng)的降噪措施就顯得越來(lái)越重要。本文以廈門(mén)站為例，利用開(kāi)發(fā)的聲全息技術(shù)快速準(zhǔn)確地識(shí)別噪聲源，通過(guò)對(duì)噪聲源及傳播路徑的改善，來(lái)降低變配電設(shè)備的噪聲量級(jí)。

1 變電站噪聲的來(lái)源

變電站的噪聲主要來(lái)自于變壓器本體：鐵芯硅鋼片通過(guò)磁通時(shí)因磁致伸縮而產(chǎn)生的振動(dòng)；通過(guò)鐵芯接縫及片間的磁通而產(chǎn)生的振動(dòng)；電流流過(guò)線圈產(chǎn)生的電磁力作用于油箱壁、磁屏蔽以及繞組本身等的振動(dòng)。

近年來(lái)，由于鐵芯疊積方式的改進(jìn)和心柱及鐵軛都用環(huán)氧玻璃絲粘帶綁扎，而硅鋼片接縫處和疊片之間的電磁吸引力引起的鐵芯振動(dòng)，比硅鋼片磁致伸縮引起的鐵芯振動(dòng)要小得多，可以忽略。因此，鐵芯的振動(dòng)可以看作完全是由硅鋼片的磁致伸縮引起的［2］。

2 變電站噪聲特性測(cè)試分析

為了準(zhǔn)確定位變電站內(nèi)部噪聲到周?chē)h(huán)境的傳播特性，以便對(duì)傳播進(jìn)行控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降噪的目的，以廈門(mén)站為例進(jìn)行了噪聲傳播特性的測(cè)試分析。

本次測(cè)試在傅里葉變換（FFT）分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行聲強(qiáng)及其頻譜分析。選擇變壓器周?chē)拷鈮Γㄑb有散熱窗的那一面）作為噪聲源位置；在變電站周?chē)x擇4個(gè)可能的降噪薄弱區(qū)域（聲壓級(jí)較高的）布置傳聲器測(cè)點(diǎn)（見(jiàn)圖1），通過(guò)測(cè)量源和傳播測(cè)試點(diǎn)位處的噪聲頻譜，獲取變壓器噪聲到周?chē)h(huán)境的傳播特性。

圖1 傳聲器測(cè)點(diǎn)布置

選用OROS38 32通道振動(dòng)噪聲分析儀，每次選擇一組（源＋傳播特性測(cè)試點(diǎn)位），通過(guò)2只1／4英寸麥克風(fēng)記錄時(shí)域數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行FFT分析，采樣率選擇12.8kSa／s，每組記錄時(shí)間為30s，分析取穩(wěn)定段（環(huán)境噪聲影響較弱的部分）。因?yàn)椴扇〉氖轻槍?duì)同一源位置進(jìn)行的分組測(cè)試，首先需要檢查4組測(cè)試中源位置的FFT分析結(jié)果是否一致，以確定測(cè)試有效性。4組測(cè)試中源位置的FFT圖譜如圖2所示。

圖2 4組測(cè)試中源位置的FFT圖譜

由圖2可知，4組測(cè)試中源位置采集的噪聲信號(hào)在主要頻率成分分布和幅值上均沒(méi)有變化，確保了測(cè)試有效性。變電站內(nèi)噪聲信號(hào)的主要頻率成分集中在100、200、300Hz和600Hz。4個(gè)測(cè)試點(diǎn)的FFT圖譜如圖3所示。

圖3 4個(gè)測(cè)試點(diǎn)的FFT圖譜

通過(guò)對(duì)各組數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，測(cè)點(diǎn)1為墻體，在變壓器關(guān)鍵頻率處的噪聲級(jí)整體有衰減，在300、600Hz處尤為明顯，分別達(dá)到23.1dB（A）和25.9dB（A），而測(cè)點(diǎn)2，3，4為百葉窗，其衰減幅度較小，約為5～10dB（A）。這說(shuō)明變壓器的噪聲是以聲波的形式向外發(fā)射，由于墻體的隔音效果較好，室內(nèi)噪聲主要通過(guò)通風(fēng)變電站大門(mén)、百葉窗等隔音薄弱區(qū)域?qū)ν鈧鞑?，所以?duì)變電站大門(mén)方向的敏感點(diǎn)影響較大。

3 變配電設(shè)備降噪措施

噪聲對(duì)環(huán)境的污染有3個(gè)要素：噪聲源、傳播途徑和接受者，三者缺一不可。因此，在噪聲治理中主要是對(duì)其中一個(gè)要素或多個(gè)要素采取切實(shí)有效的措施?？紤]到可行性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)所有接受者采取防護(hù)措施的方法并不現(xiàn)實(shí)，因此變電站噪聲治理主要從噪聲源降噪和阻斷傳播途徑兩方面進(jìn)行。

3.1 噪聲源降噪

變壓器噪聲的大小直接取決于鐵芯所用硅鋼片磁致伸縮的大小，磁致伸縮越大，噪聲水平越高。因此，對(duì)降低變壓器噪聲最根本、最有效的方法，就是控制和減小硅鋼片的磁致伸縮。對(duì)變壓器本體的降噪措施主要有以下幾方面［3］。

1）選用磁致伸縮小的優(yōu)質(zhì)硅鋼片。

2）降低鐵芯的磁通密度。

3）采用全斜交錯(cuò)接縫的鐵芯結(jié)構(gòu)。

4）增大鐵軛面積以減少鐵軛中的磁通密度。

5）增加鐵芯接縫。

6）控制鐵芯夾緊力。

7）在鐵芯墊腳與箱底之間放置減振橡膠。

降低變壓器本身的噪聲是最有效、最徹底的控制手段，但變壓器制造成本會(huì)大幅提高，且改造期間還需停電，會(huì)帶來(lái)極大的不便。

3.2 阻斷傳播途徑

對(duì)于已建成變電站的噪聲治理，目前主要采取的措施是阻斷噪聲源的傳播途徑以降低變電站噪聲對(duì)周邊環(huán)境的影響。

1）隔聲 隔絕噪聲往往采用木板、金屬板、墻體等固體介質(zhì)，以阻擋并減弱空氣中聲波的傳播，這些專(zhuān)門(mén)用來(lái)隔絕聲波的固體介質(zhì)稱(chēng)為隔聲材料。在噪聲治理工程中，為了提高隔聲效果，常將隔聲材料與其他聲學(xué)材料如吸聲材料、阻尼材料或空氣層復(fù)合在一起組成隔聲構(gòu)件。對(duì)于四周封閉、頂部開(kāi)放的變壓器，將變壓器四周的門(mén)由普通門(mén)改為隔聲門(mén)，或者用隔聲壁將整個(gè)油箱遮蔽起來(lái)。隔聲板可用鋼板或者混凝土板制成。但隔聲技術(shù)由于受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響，往往降噪效果不太明顯。

2）壁面吸聲 利用吸聲處理在噪聲傳播途徑上進(jìn)行控制，是一種常用而且有效的方法。當(dāng)室內(nèi)聲源發(fā)出的聲音遇到墻面、頂棚、地坪及其他物體表面時(shí)，都會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象。聲波在傳播過(guò)程中遇到各種材料時(shí)，都會(huì)發(fā)生一部分聲能被反射，一部分聲能向材料內(nèi)部傳播并被吸收，一部分聲能透過(guò)材料在向外傳播。通過(guò)在變電站墻面裝設(shè)吸聲材料，以增加墻面的吸聲系數(shù)，可降低6～8dB（A）的混響聲。但這種技術(shù)往往所需的工程量比較大。

3）隔聲罩 在變壓器本體外建隔聲間或隔聲罩，可以有效地減少噪聲的外傳。隔聲罩做成雙層殼，內(nèi)層采用吸聲防護(hù)板，外層采用隔聲彩鋼板，兩層護(hù)板間填以消聲材料。隔聲罩固定在變壓器基礎(chǔ)上，罩壁與變壓器導(dǎo)管之間的空隙要墊以軟橡膠之類(lèi)的密封材料，以防止漏聲［4］。但是采用隔音罩治理技術(shù)要考慮隔音罩內(nèi)變壓器的散熱、設(shè)備操作、巡視檢修方便等諸多問(wèn)題。

4）阻性消聲技術(shù) 由于風(fēng)道承擔(dān)著變電站室內(nèi)通風(fēng)散熱的重任，不能簡(jiǎn)單采取密封等隔聲措施，否則會(huì)造成室內(nèi)溫度升高危及變壓器的安全運(yùn)行［5］。因此，為了既要控制風(fēng)道口的噪聲擴(kuò)散，又要保證風(fēng)道口的散熱性能不受影響，只有采取在出入風(fēng)口裝阻性消聲器的方法。阻性消聲器是利用多孔性吸聲材料來(lái)降低噪聲的，當(dāng)聲波在多孔材料中傳播時(shí)，一部分聲能因摩擦轉(zhuǎn)化為熱能而耗散掉，從而使通過(guò)消聲器的聲波減弱。

5）有源消聲法 它是在噪聲源附近（通常離變壓器1m以?xún)?nèi)）放置若干個(gè)噪聲發(fā)生器，通過(guò)控制系統(tǒng)使它們分別產(chǎn)生與變壓器的基頻噪聲及各高頻噪聲幅值相反的噪聲，通過(guò)互相抵消使變壓器發(fā)出的噪聲受到抑制和衰減［6］。與傳統(tǒng)的無(wú)源降噪方法相比，有源噪聲控制系統(tǒng)理論上的消聲量可以達(dá)到很高，但在實(shí)際應(yīng)用中需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)，這在軟、硬件方面都存在很大困難，另外有源控制系統(tǒng)中采用的電子設(shè)備價(jià)格也過(guò)于昂貴。

4 結(jié)語(yǔ)

1）變電站的噪聲治理應(yīng)該根據(jù)噪聲特性、變電站結(jié)構(gòu)、周?chē)舾悬c(diǎn)等具體情況，采用不同的治理技術(shù)。

2）本文通過(guò)對(duì)廈門(mén)站周?chē)肼曁匦缘臏y(cè)試分析，確定了噪聲的主要傳播途徑，并從理論上提出一些變電站的降噪措施。但是具體改造方案應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇合適的降噪組合，通過(guò)計(jì)算噪聲消減量等參數(shù)，評(píng)估改造方案效果。

［1］呂敬友，黃玉，池愛(ài)平.變電站噪聲對(duì)環(huán)境的影響與防治措施［J］.電力與能源，2011，32（2）：162－164.

［2］董志剛.變壓器的噪聲［J］.變壓器.1995，（11）：27－31.

［3］李亞晶.變壓器的噪聲及控制措施［C］.2007年云南電力裝備制造業(yè)振興與創(chuàng)新論壇論文集，2008.

［4］喬靜.戶(hù)內(nèi)變電站主變壓器降噪和通風(fēng)分析［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2006，22（3）：49－51.

［5］陳秋，李振海.變電站噪聲防治方案研究［J］.城市建設(shè)理論研究，2011（23）：78－81.

［6］周建國(guó)，李莉華.變電站、換流站和輸電線路噪聲及其治理技術(shù)［J］.中國(guó)電力，2009，42（3）：75－78.